m基于Simulink的稳定频差光锁相环系统性能仿真
1.算法仿真效果
matlab2022a仿真结果如下:
2.算法涉及理论知识概要
锁相环(Phase-Locked Loop, PLL)是基于相位反馈控制技术来实现频率及相位同步的一种电学结构。按照信号类型区分,可以将锁相环分为两类:电锁相环与光锁相环。 锁相环分类所示,电锁相环是目前应用极为广泛的一种电学结构,特别是在相干接收机、网络时钟、电机控制等领域。随着对锁相环处理精度的要求提高,模拟锁相环逐渐满足不了要求,全数字锁相环技术便逐渐发展了起来;而光锁相环是在传统电锁相环的结构是发展而来的,其基本原理与电锁相环大致相同,只不过是处理对象由电信号变成了光信号,由此导致对关键器件的性能要求有所不同,其结构也有所差别,目前较成熟的光锁相环有平衡锁相环、Csotas锁相环、判决反馈锁相环、副载波锁相环等几种结构,这里不一一列出。由于光学锁相环具有设计灵活、低功耗、可集成、可主动抑制激光器相位噪声的特点,受到了研究人员的高度关注。
在通信领域中激光通信系统越来越受到人们的关注,为了提高激光通信的质量,人们开始关注锁相环技术的发展,目前相对成熟的锁相环技术有:平衡锁相环、Csotas锁相环、判决反馈锁相环、副载波锁相环。其中最基础、发展最成熟的平衡锁相环是研究的重点。在锁相过程中,平衡锁相环需要传输一个残余载波,以确保信号光与本振光相位为零时仍然可以进行锁相。在星间通信领域中,相比于Costas锁相环,平衡锁相环会受到数据通道与锁相通道的串扰影响,但可以满足在谐振式光学陀螺中的设计要求。
其中,稳定频差光锁相环路是一种用于实现光频率稳定和控制的技术。稳定频差光锁相环路的主要工作原理是通过反馈控制,使得光信号的频率保持稳定。这个系统主要包括以下几个组成部分:光频率参考、光相位检测器、低噪声放大器、电压控制振荡器(VCO)和光相位调制器。
光频率参考:这个部分的主要作用是提供一个稳定的光频率参考,作为系统的输入信号。通常,这个参考信号来自于一个具有高度稳定性和精确性的光学频率标准,例如氢原子钟或者光学频率梳等。
光相位检测器:这个部件用于测量输入光信号和反馈光信号之间的相位差。一般来说,这个检测器是一个干涉仪,输入光信号和反馈光信号在其中干涉,然后通过检测干涉条纹的数量来测量相位差。
低噪声放大器:这个部分用于放大相位检测器输出的微弱电信号,并将其转化为易于处理的电压信号。
电压控制振荡器(VCO):这个部件是一个电压控制的振荡器,其频率受到输入电压的影响。当输入一个特定的电压时,VCO的频率会相应的增加或减少。
光相位调制器:这个部分用于将VCO输出的调制信号转换为光信号,然后将这个光信号反馈回干涉仪,与输入光信号进行干涉。
通过以上数学公式可以看出,稳定频差光锁相环路通过控制电压控制振荡器的频率,使得反馈光的相位差保持不变,从而实现光频率的稳定控制。这种技术具有高精度、高稳定性和可扩展性等优点,因此在光学频率测量、光学频率合成、光学频率稳定以及光学频率转换等领域得到了广泛的应用。0X_029m
3.MATLAB核心程序